一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法技术

一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，利用微震监测系统采集采掘生产中诱发的矿震波形信号并进行记录存储，从记录存储的信号中选取波形清晰且易于标记的可信通道，采用P波到时分析方法，确定震源位置及其与巷道的空间位置关系，计算矿震能量，选取巷道附近能量较大的波形信号，建立巷道致灾模型；采用数值模拟方法，建立符合实际情况的数值模型；通过施加动载幅值的不同，确定该巷道所能抵抗冲击的最大PPV数值；根据建立的巷道致灾模型及通过数值模拟确定的临界PPV数值，绘制PPV分布等值线云图，评估巷道支护体系抗冲击能力。该方法能对巷道支护体系抵抗冲击地压能力准确评估，确定震源至巷道不同距离上该巷道所能抵抗的最大能量。大能量。大能量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法


[0001]本专利技术涉及一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，属于煤矿安全开采


技术介绍

[0002]冲击地压是由于煤岩体中积聚的弹性能突然释放，从而造成巨大破坏作用的一种矿山动力现象，它的瞬时爆发性会给矿山安全带来严重的威胁。因此，无论从安全角度还是经济角度，都需要加强监测并采取一定的措施来缓解或抑制冲击地压现象的发生。
[0003]巷道作为冲击地压现象的直接作用对象，加强巷道自身的防护对于减弱冲击地压灾害具有重大的意义。然而，并非所有类型的巷道都需要使用高强度的支护构件，对于埋藏较浅或者冲击可能性小的巷道，花费巨大成本来加强支护显然是不必要的举措。因此，这就需要针对现有状态下的巷道支护体系的评估方法来检验其抗冲击的能力，对不能满足防冲标准的巷道加强支护以达到要求。
[0004]目前，对于冲击地压巷道支护体系抗冲击能力的理论研究及评估方法较少，且传统的巷道支护体系强度及抗变形能力验算方法并不完全适用于以动态冲击载荷为特点的冲击地压巷道支护校核，因而尚且无法对巷道支护体系抵抗冲击地压的能力进行准确的评估。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，该方法能够对现有巷道支护体系抵抗冲击地压的能力进行准确的评估，并确定震源至巷道不同距离上该巷道所能抵抗的最大能量，为巷道支护提供依据。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，包括如下步骤：
[0007](1)在煤矿安装微震监测系统，包括地面采集记录设备和井下安装的探头，利用微震监测系统采集采掘生产中诱发的矿震波形信号并进行记录存储；
[0008](2)对于步骤(1)中记录存储的矿震波形信号，从中选取波形清晰且易于标记的可信通道，采用P波到时分析方法，手动拾取P波初至到时，确定震源位置及其与所研究巷道的空间位置关系，并计算矿震能量E；
[0009](3)选取所研究巷道附近能量较大的波形信号，截取步骤(2)中所标记的各可信通道上P波初至到结束之间的波形信号，分析每个探头记录的质点振动峰值速度A
i
，根据探头的位置和震动波传播规律，采用最小二乘法，拟合计算出震动波的振动幅值A及其在岩体中的传播吸收系数α，建立矿震衰减模型；通过线性回归分析，提取矿震能量E和震动波的振动幅值A的拟合系数，建立巷道致灾模型；
[0010](4)采用数值模拟方法，针对所研究巷道附近的地质环境确定模型的尺寸参数及材料参数，根据现有的支护条件确定支护构件的强度参数、结构参数和锚固参数，建立符合
实际情况的数值模型；
[0011](5)在模拟巷道开挖和支护稳定后，根据震源位置与巷道的空间位置关系，确定动载施加的方位；通过施加不同幅值的动载，研究矿震传播至巷道表面时对巷道的破坏情况来综合确定该巷道所能抵抗冲击的最大PPV数值；
[0012](6)根据建立的巷道致灾模型及通过数值模拟确定的临界PPV数值，绘制PPV分布等值线云图，进而确定震源距巷道不同距离上该巷道所能抵抗的最大能量，最终评估巷道现有支护体系下的抗冲击能力。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中，选取波形清晰且易于标记的可信通道数量至少为4个。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中，震源位置通过修正powell算法得到，并通过如下公式确定：
[0015][0016]式中：
[0017]w
i
为各台站观测值的权重度函数；
[0018]n为P波标记的台站数目；
[0019]t0为震源发震时刻；
[0020]t
i
为P波到达第i个台站的时刻；
[0021]x0，y0，z0表示震源坐标；
[0022]x
i
，y
i
，z
i
表示台站坐标；
[0023]PP为参数，其取值为1或2；
[0024]v(x0，y0，z0)为P波在介质中的传播速度。
[0025]进一步地，所述步骤(2)中，矿震能量E的计算方法为能量密度法，通过探头测得震动速度信息v(t)及其能量密度ε(r)，r为震源的距离；将震动波视为球面波，计算能量密度ε(r)在传播半径为500m的值，并考虑能量的衰减得到震动能量E(r)的计算公式为：
[0026]E(r)＝106πε(r)F(r)。
[0027]进一步地，所述步骤(3)中，所建立的矿震衰减模型为其中r
i
为震源距探头的距离；所建立的巷道致灾模型为其中C为拟合系数，r为震源距巷道的距离,A
P
为巷道发生破坏的临界PPV数值。
[0028]进一步地，所述步骤(4)中，所述的数值模拟方法为FLAC
3D
、FLAC
2D
、UDEC、3DEC、PFC有限元或者离散元分析方法中的一种；
[0029]所述模型的材料参数包括密度、剪切模量、体积模量、粘聚力、内摩擦角和抗拉强度；支护构件的强度参数包括支护单元的杨氏模量、抗拉屈服强度和密度；支护构件的结构参数包括支护单元的长度、行距、排距和横截面积；支护构件的锚固参数包括单位长度上水泥浆的粘结力、水泥浆摩擦角、单位长度上水泥浆的剪切刚度和水泥浆外围周长。
[0030]进一步地，所述步骤(5)中，所述的动载施加的方法为加速度时程、速度时程、应力
时程加载方式中的一种；速度时程通过公式：σ
n
＝2(ρC
p
)v
n
和σ
s
＝2(ρC
s
)v
s
转换为应力时程，其中
[0031]所述巷道破坏的表征方法为：对于离散元模拟方法，直接观察巷道的破坏情况；对于有限元模拟方法，监测巷道表面的相对位移，当其大于3％时，认为巷道发生破坏。
[0032]本专利技术通过在煤矿安装微震监测系统，利用微震监测系统采集采掘生产中诱发的矿震波形信号并进行记录存储，从记录存储的信号中选取波形清晰且易于标记的可信通道，采用P波到时分析方法，确定震源位置及其与所研究巷道的空间位置关系，并计算矿震能量，选取所研究巷道附近能量较大的波形信号，通过线性回归分析，提取矿震能量和震动波的振动幅值的拟合系数，建立巷道致灾模型；采用数值模拟方法，建立符合实际情况的数值模型；通过施加动载幅值的不同，研究矿震传播至巷道表面时对巷道的破坏情况来综合确定该巷道所能抵抗冲击的最大PPV数值；根据建立的巷道致灾模型及通过数值模拟确定的临界PPV数值，绘制PPV分布等值线云图，进而确定震源距巷道不同距离上该巷道所能抵抗的最大能量，最终评估巷道现有支护体系下的抗冲击能力。本专利技术实现了对于不同类别巷道支护体系的抗冲击能力进行合理的分级评估，并确定该支护体系下不同震源传播至巷道不同距离时所能抵抗的最大矿震能量，大大提高了对现有巷道支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在煤矿安装微震监测系统，包括地面采集记录设备和井下安装的探头，利用微震监测系统采集采掘生产中诱发的矿震波形信号并进行记录存储；(2)对于步骤(1)中记录存储的矿震波形信号，从中选取波形清晰且易于标记的可信通道，采用P波到时分析方法，手动拾取P波初至到时，确定震源位置及其与所研究巷道的空间位置关系，并计算矿震能量E；(3)选取所研究巷道附近能量较大的波形信号，截取步骤(2)中所标记的各可信通道上P波初至到结束之间的波形信号，分析每个探头记录的质点振动峰值速度A
i
，根据探头的位置和震动波传播规律，采用最小二乘法，拟合计算出震动波的振动幅值A及其在岩体中的传播吸收系数α，建立矿震衰减模型；通过线性回归分析，提取矿震能量E和震动波的振动幅值A的拟合系数，建立巷道致灾模型；(4)采用数值模拟方法，针对所研究巷道附近的地质环境确定模型的尺寸参数及材料参数，根据现有的支护条件确定支护构件的强度参数、结构参数和锚固参数，建立符合实际情况的数值模型；(5)在模拟巷道开挖和支护稳定后，根据震源位置与巷道的空间位置关系，确定动载施加的方位；通过施加不同幅值的动载，研究矿震传播至巷道表面时对巷道的破坏情况来综合确定该巷道所能抵抗冲击的最大PPV数值；(6)根据建立的巷道致灾模型及通过数值模拟确定的临界PPV数值，绘制PPV分布等值线云图，进而确定震源距巷道不同距离上该巷道所能抵抗的最大能量，最终评估巷道现有支护体系下的抗冲击能力。2.根据权利要求1所述的一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，选取波形清晰且易于标记的可信通道数量至少为4个。3.根据权利要求1或2所述的一种用于巷道支护抗冲能力的评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，震源位置通过修正powell算法得到，并通过如下公式确定：式中：w
i
为各台站观测值的权重度函数；n为P波标记的台站数目；t0为震源发震时刻；t
i
为P波到达第i个台站的时刻；x0，y0，z0表示震源坐标；x
i
，y
i
，z
i
表示台站坐标；P为参数，其取值为1或2；v...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁明月，巩思园，陈云民，张汝佩，郝英豪，缪小冬，赵乾，高剑峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：